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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)45-0193-02
目前,全國大學生電子設計競賽已成為一項各類高校踴躍參加、學生喜愛、社會歡迎的常規賽事。對一些處于欠發達地方的普通參賽院校來講,充分考慮自身實際,探索一套行之有效的賽前培訓體系是取得大賽優異成績的保障。
一、全國大學生電子設計競賽簡介
全國大學生電子設計競賽是國家教育部直接組織的四大學科競賽(數學建模、建筑設計、機械設計、電子設計)之一,而且是唯一需要現場制作作品的競賽。該競賽每隔一年(逢單數年)舉行一次,現已進行了十二屆,而從第九屆開始競賽又分“本科”組和“高職”組。采用全國統一命題,分賽區、在賽場巡視員監督下“半封閉、相對集中”的組織方式競賽。競賽開始日,每支參賽隊限定在提供的題目中任選其一,之后的四天三夜的時間內獨立完成作品設計、制作及報告撰寫,最后封存提交賽區組委會參加評獎。
事實證明,全國大學生電子設計競賽正逐步引導著高校的電子與信息類課程體系和教學內容改革、促進了實驗平臺建設、提升了學生的實踐創新能力[1-3],這正是國家教育部舉辦該競賽的主旨。此外,由于競賽的“規格高、質量優”,參賽獲獎的學生很受就業單位青睞,參賽獲獎正成為一張提升學生就業和學校社會認知度的名片。
二、欠發達地方普通院校參賽基礎條件剖析
目前,對一些處于欠發達地方的普通參賽院校來講,一般都存在如下一些主客觀條件的制約:
1.軟硬件平臺薄弱。由于財政支持難,不比重點高校和處于省會地區的一般院校,而自身投入能力又有限,因此長期下來在競賽所需的軟硬件基礎平臺比較薄弱。
2.學生的素質較差。就讀于普通地方院校學生本身基礎就差些,但更突出的是學習主動性很差,因此在心理和精神層面往往缺乏那種戰勝困難所需的韌勁,這恰恰是競賽中應具備的特質。
3.輔導教師力量不足。能參與輔導的教師較少,時間和精力投入難于保證。加之因缺乏交流學習機會,教師的實踐和經驗與好的院校教師相比也有差距。
4.地域性劣勢。由于院校處于地方,必然存在一些客觀劣勢,如競賽所需器件購買不便、各型政策性支持銳減、交流學習條件受限等等。
三、競賽培訓體系構建
從獲獎院校的實踐證明,要想在大賽中取得優異的成績離不開賽前實施有效的培訓[4-7]。對地方院校來講,可借鑒眾多獲獎院校的成功經驗,充分考慮自身實際的基礎上探索行之有效的培訓體系[8]。
在此,本文提出一套能適用于普通地方院校的競賽培訓體系,其主旨如下:
1.三級進階。先后分基礎模塊培訓、綜合系統培訓、賽前模擬培訓三個階段。
2.塔式選拔。對各培訓階段采用逐步淘汰、塔型進階方式選拔出最終的參賽精英。
3.優勢主導。每屆競賽都提供多道選題,其知識技術涉及幾大方向。前面已分析過,普通地方院校的各種條件和資源有限,不可能全面參與。因此,應對自身的專業建設和課程教學、教師結構、資源基礎條件等進行評估,充分發掘自身優勢,以便集中力量選擇一類或兩類選題作為主要備賽培訓方向,并由此指導:培訓教師隊伍的組建,各階段培訓項目內容的精選,實施培訓所需場地、設備器件和經費的配備。
4.點促面型。以競賽培訓的“點”帶動創新實踐的“面”,將培訓中創新的指導方法、內容,通過各種形式向教學、實踐方面輻射,達到一種漣漪效果,推動廣大學生實踐創新能力的培養(這也正是教育部舉辦該賽事的初衷)。同時,又會吸引更多優秀的學生參與到下一屆的大賽中,為下一循環做好儲備。
四、需解決的關鍵問題
1.探索如何采用塔型進階方式選拔參賽精英以及如何組建卓越的輔導教師梯隊。解決思路:①參賽隊員選拔可從學生的專業基礎、動手實踐、意志品質、團隊協作以及其他方面綜合考察;②構建輔導教師梯隊應注重教師的理論知識、操作測試能力、奉獻敬業精神、對新知識和技術的掌握情況等方面綜合考慮。參賽學生和輔導教師人組數根據學校實際基礎而定,應突出“精英”思想。
2.提煉出三個培訓階段的項目內容。解決思路:三個培訓階段有先后、銜接關系。各階段提煉的項目內容要具有覆性和檢閱性;前段內容對后段有支撐性、而后段內容較前段具提升性。
3.探索各種能夠將培訓中取得成功的“點”帶動創新實踐的“面”的漣漪形式。解決思路:如發揮參訓學生和作品的示教作用;賽后專項總結交流;競賽知識講座;開設相關的理論和實踐選修課程等。
五、結語
本文通過深入剖析欠發達地區普通院校參加全國電子設計大賽主要受限條件的基礎上,提出了一種“三級進階、塔式選拔、優勢主導、點促面型”的競賽培訓體系,并希望能在實踐中得到驗證和發展,更期望能與該方面的研究同行作深入的交流。
參考文獻:
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國外(每所大學1隊參賽)
?馬來西亞和新加坡
馬來西亞多媒體大學(MMU)
馬來西亞理科大學(university sainsMalaysia)
新加坡國立大學(National university ofSingapore)
?印度
Indian Institute of Technology Madras(2007年印度大學排名榜第一)
National Institute of Techn010gyKarnataka,Surathkal
C011ege of Engineering,AnrtaUniversity
Indiart Institute of Techn010gyKanpur(2007年印度大學排名榜第四)
?美國
馬薩諸塞洛厄爾大學(university ofMassachusetts Lowell)
中國香港(每所大學2隊參賽)
香港中文大學
香港科技大學
競賽作品巡展
項目名稱:隨鉆測井實時地質成像系統
北京交通大學計算機學院參賽隊
隨鉆測井是指鉆井的過程中實時地測量地層巖石物理參數,并將測量結果實時處理加工后由井下送到地面數據中心進行處理,形成軌道、地層評價進行鉆探工藝決策。
本系統能夠實時接收井下發回的數據,并進行高速數據處理,計算并顯示出各類實時參數,并且能夠繪制出鉆井的三維軌跡圖,通過觸摸屏的輸入方式,簡單方便地進行數據查看、分析;除此之外,系統還能夠從與遠程數據庫獲得鉆井軌跡設計圖,用于與實際軌跡圖進行比對,從而能夠方便、準確地幫助開采人員對鉆井軌道進行校正。
本系統充分利用開發板的資源,利用開發板便攜、具有高性能的雙核CPU并且工控級的水平能夠進行惡劣現場的數據采集,實時顯示。本系統由便攜主機、觸摸屏、無線網絡與遠端地質數據庫和必要的串行總線下的地質傳感器接收板所構成。系統構架結構示意圖如圖1。
項目名稱:搜尋機器人
北京交通大學電子信息工程學院參賽隊
在現實生活中,很多場合需要人們去完成一些搜尋任務,這些任務可以用機器人代替。該機器人能在人不方便進入的區域內完成搜尋目標和探測環境的任務。其具體功能如下:
?通過無線方式完成所有控制;
?在柵格化的全局地圖內進行自主路徑規劃。機器人在移動過程中利用視覺實時探知未知障礙物、測量障礙物和機器人的距離及角度并根據障礙物在全局地圖中的位置,采用有效的算法計算出最優路徑,以最快的速度安全地到達目的地;
?通過視覺在全局地圖內尋找目標并進行動態目標跟蹤;
?通過PID定點跟蹤算法,出色執行控制終端給定的任意路徑,
?通過機器人的發聲系統和語音識別系統實現簡單的人機交互;
?通過攝像頭采集的圖像信息可以實時監視機器人周圍的環境信息。
項目名稱:“TransCube‘基于Visual Hull算法的立體傳真機
北京航空航天大學 沈悅雯 朱瀝可 慕騰飛參賽隊
傳統傳真機在信息爆炸的時代已經漸漸無法滿足人們的對傳輸信息的更高需求。因此本項目提出概念化的319數字傳真機的設想。特點如下:
?目標對象可以是立體的絕大部分物體,不再局限于紙質材料;
?對若干物體照片中的對象提取來恢復立體模型;
本次大賽最終共有146支隊伍成功演示作品,其中包含8個境外參賽隊(其中印度4隊,馬來西亞2隊,美國和中國香港各1隊),境外參賽隊數量在逐年增加。在比較中外選手特點之時,王越院士認為,從比賽的作品來看,中外學生的思維方法在逐漸靠近,不過國外選手在對問題的看法和思考方面比較突出,思維更開放、跳躍性更強,更善于表達自己。國內的學生則在動手能力上比較強,對知識的運用更為有優勢,作品成功率也比較高。由于這次參加比賽的國外選手都來自各自國家最好的理工院校之一,因此還是很能體現我國重點理工院校在本科生教育階段的水平處在世界領先水平的。
來自北航的張曉林教授認為,本次比賽通過作品的審核,能夠突出體現以下幾個特點:一是參賽學生對嵌入式概念的理解更加深化;二是對系統體系概念的理解和動手能力都有顯著的增強,比賽的開發板讓學生對系統并行處理和高速運用、線程調入等方面的理解更加深入;三是大部分學生能夠用Windows XP開發作品,難度相對低一些,比較可喜的是有些參賽隊采用Linux自己設計并且成功,可以說難度很大,充分證明了學生的開發能力,對學生能力的驗證比上屆更突出。與此同時,本次比賽的開發板可以說很具有市場開發價值,可能會成為引領未來嵌入式開發方向的產品,學生參加此次比賽學到的知識將對她們對嵌入式開發理念、先進技術的了解和體系結構的掌握有很大好處。參加本次競賽能讓學生掌握該領域的最新平臺技術,這將讓學生受益終生。
來自Intel公司的首席工程師AtulKwatra在談到本次比賽時高度評價了參賽學生的開發能力,他認為,基于這樣一款市場上最新的Core 2 Duo產品,本科生能夠開發到這種水平令他感到很滿意。特別的,并行處理軟件對于許多商業化軟件企業都是個不小的挑戰,而這次僅僅三個月的時間,一些學生就能開發出一定并行基礎的軟件,足以證明這些學生具備相當好的技術應用能力。同時,他希望能通過未來的比賽,獲得更多學生對Intel產品的反饋,指導Intel更好的開發新的產品。
上海交通大學教務處處長江志斌教授則從教育方面談了對本次大賽的看法,他認為Intel杯競賽是對學生教育的一種延伸,教育不僅僅是傳授知識,還要滿足學生的需求,推進學生的技術應用水平,學校培養未來的人才更需要轉向對學生創新能力的培養,這次比賽恰恰提供了這樣一個出色的平臺。可以說,Intel杯不僅僅是競賽,更是對學生能力促進、啟發和再培養的一個難得的過程。
Intel公司的包益平先生在評價本次比賽時,重點介紹了Intel公司組織競賽的初衷,他認為,Intel公司希望能通過這樣的競賽形式,一方面推廣了Intel產品在學生中的認知范圍,更重要的是,通過這樣的一個過程,提供學生一個應用知識的平臺,Intel希望可以借這個平臺幫助中國的大學生更好地鍛煉創新能力,從而為中國的產業培養更多出色的人才,促進中國產業的壯大,盡到Intel在中國的社會責任。
我校自1997年組隊參加第三屆全國大學生電子設計競賽以來,屢獲佳績,曾獲得全國最高獎項“索尼杯”和江蘇賽區最高獎項“TI杯”。電工電子實驗教學中心承擔了歷屆電子設計競賽的組織參賽活動,已經形成了較為完整的學生選拔、培訓、篩選體系。但隨著近年來電子設計競賽的知識面不斷擴展、難度不斷升高,現有的我校電賽培訓體系突顯出一些不足:
(1)現有培訓課程涉及知識面覆蓋廣,但均缺乏實踐考核標準;
(2)訓練受益覆蓋面窄,深層次培訓內容比重小;
(3)未形成立體化的多層次訓練結構,僅依靠電工電子實驗教學中心統一組織相關課程。
本文針對現有的電子設計競賽培訓體系中的不足,通過重構優化課程內容、充分利用學校多層次創新平臺、形成更優的系統化選拔體制、更全面的學生創新實踐能力培養與訓練課程體系,并能夠為我校大學生創新實踐活動提供多樣化的培訓平臺和技術基礎。
一、構建全面完整的基礎培訓課程,強化階段性考核方式
構建的培訓課程涵蓋了如表1中的教學模塊內容:
表1 系統化的培訓課程內容
序號 教學模塊 考核方法
1 電子電路理論強化 理論考核
2 電子電路理論強化 理論考核
3 單片機應用和PROTEUS仿真 實物制作考核
4 自動控制原理 實物制作考核
5 交直流放大和AGC、振蕩及應用、有源濾波器設計 實物制作考核
6 調制/解調,無線收發 實物制作考核
7 A/D 、D/A、音頻采集,功放 實物制作考核
8 聲光磁溫等類、飛行器平臺 實物制作考核
9 CPLD/FPGA設計及應用 實物制作考核
10 PCB設計工具與設計技巧 實物制作考核
11 調壓和開關 實物制作考核
各模塊的教學內容均由經驗豐富的電子設計競賽教練團隊成員承擔,設計各模塊的考核要點和實物指標內容,既鍛煉了學生多方面的綜合應用能力,也為實際競賽積累了多個功能子模塊。
二、建立合理的系統化周期性學生選拔體制
為了能對學生進行長期的,深入的知識培養,本訓練體系將兩年作為一個培養周期,以實現“人才選拔―培養―參賽―再選拔―再培養―再參賽”雙周期培養模式,并使培養過程常態化,保證我校參加全國電子大賽的人才質量。雙周期培養模式的具體做法是:每周期從雙年的1月開始到當年的8月為第一周期,從二年級學生中選拔出有能力、感興趣的學生為培養對象,進行常規技術訓練,培養和學習基本技術和技能,經過多次選拔和培訓,從中選拔出計劃要求的隊伍為參加省級大賽的預備隊,再經過暑假的強化訓練后參加當年的省級大學生電子競賽,這為第一階段;賽后年的半年時間為提高訓練期。對于參加省賽的學生隊,無論是否獲獎,只要愿意,可以參加為期半年的提高性技能訓練,包括專業技術訓練,如FPGA、DSP、ARM等。第二階段是在第二年(單年)的1月份采用同樣的方法對二年級(即下一屆)學生再進行一次選拔和基礎培訓,選拔出的優秀學生補充三年級流失的學生隊,培養方法同上一屆,使總的參賽隊數符合當年的計劃參賽隊數,這樣既保證了參賽隊伍的質量,又使每個年級的學生都有了參加全國電子大賽的機會。兩種隊伍再經過一學期不同層次的培訓和選拔,最終在暑假前選拔出參加全國電子大賽的最終學生隊。
具體的學生選拔步驟包括:
初次選拔:寒假學期結束前,以二年級為選拔對象,通過自由報名和卷面考試形式選拔,內容以簡單的模電、數電等基本技術為考察點,加上學生的自我技能和經歷介紹等選拔出一定數量的學生為初級生。
寒假作業:向初次選拔出的學生布置寒假作業,主要是軟件工具的自學和應用,如PROTEUS、Cadence、Tina、FilterPro等軟件的應用學習。
二次選拔:開學第一周進行二次選拔,主要是軟件應用操作考試,其主要目的是一方面考察學生的學習能力,其二是考察學生的學習態度,再則是觀察學生的知識水平,從中選出有培養前途的學生,而學生的數量還要考慮實驗的人力、物力條件。
單人單組參賽選手選拔:對二次選的學生進行為期一個月的基礎培訓后,進行再次選拔,賽題不分方向,主要是通用技能比賽,包括放大器、振蕩器、濾波器、比較器,單片機控制等基本技能的考核,選拔出有一定技能水平的學生,然后進行組隊。
參賽隊選拔:對選拔出的學生進行自由組隊,并進行為期一個多月的提高技能培訓后進行參賽隊選拔,考題分方向,如電源、通信、自控、儀器儀表和模擬類等,按方向選拔,決定出參加暑期強化訓練的代表隊。
暑期模擬賽:在大賽前一星期左右行一次模擬賽。
三、完善階段化訓練體系,擴大電賽訓練受益覆蓋面
我校大學生電子設計競賽培訓體系將訓練過程分為6個階段,其中二年級三個階段,三年級三個階段:
基本技能培訓階段:采用目前電工電子實驗中心所具有的力量,開設以實驗為主的單元實驗培訓,包括模擬、數字、模數和單片機技術,最后以多單元或綜合的方法考核選拔。
比賽技能培訓階段:學生已自由組隊,明確主攻和副攻方向,有選擇地培訓一至二門專業技能,并為選拔賽準備。建議成立培訓教師團隊,以電工電子實驗中心為核心,包括各學院有專業特長、熱衷于學生課外科技活動的教師,每方向配置兩名以上教師,有電工電子實驗中心負責管理。本階段培訓,學生隊不配備專門教練,技能培訓由教師團隊集體負責。包括訓練內容和題目由相應方向的培訓教師負責。
強化比賽訓練階段:暑假比賽前的強化訓練每個學生隊由專門的教練負責,每個學生隊只配一個教練,每個教練最好只帶一個學生隊伍,原則上最多不能超過兩個。強化訓練主要由各學院管理,學校負責監督和部分后勤保障。
高級技能培訓階段:通過省級比賽鍛煉,并愿意繼續參加全國電子大賽的學生隊,可以參加高級技能培訓,高級技能主要包括:可編程邏輯技術(如FPGA等)、數字信號處理技術(如DSP的應用)、嵌入式系統顯示技術(如ARM應用等),掌握這些技術的功能、使用范圍和相互關系等,能根據課題需求合理選擇。高級訓練可以采用集中培訓制。
專業技術培訓階段:結合當前專用技術,學習采用上述功能實現的每種專業應用,如FFT、DDS、語音壓縮、語音識別、圖象壓縮、圖象識別、高速A/D、D/A、數字鎖相、數字調制/解調等軟硬件知識積累。并具備采用相關技術構建綜合應用系統的能力。專業訓練采用導師負責制。
二次比賽強化階段:運用前面所有已掌握的技術,按照全國電子大賽的要求(或更高的要求),綜合練習,步步提高,并進一步積累比賽的軟硬件基礎,爭取比賽取得更好的成績。
四、拓展校、院、個人多層次培訓平臺與多元化參賽方式
受限于我校參賽隊伍和各項資源限制,由校教務處經費支持的隊伍目前維持在35支隊伍左右。此外,各學院對本院未通過校級選拔的優秀學生采取了鼓勵政策,部分或全額補貼參賽經費,組建院“自費隊”參賽。但在2011年獲得國家級一等獎的3支隊伍中,有2支隊伍是“自費隊”形式參賽。由此可見,自費隊同學對參賽資格更為珍惜,更容易激發個人潛力。從提高學生參賽積極性的角度出發,提出多元化的參賽方式:弱化原校公費隊概念,以培訓過程表現和參賽最終成績作為校經費資助參考,避免了僅一次校選拔賽定隊伍資助力度的傳統方式帶來的弊端;并鼓勵未受任何公費資助的學生以個人方式參加競賽,在獲取獎項后以公費隊待遇補貼。多元化的參賽方式是最大程度激發學生參賽積極性的有效方式,但對賽培訓過程中的階段性考核提出了更高更細致的要求。
經過近3年的大學生電子設計競賽培訓系統的調整與完善,本文提出的系統化的培訓體系初見成效。2013年,我校獲得全國大學生電子設計競賽國家級一等獎2組、國家級二等獎2組、省級獎項26組;2014年我校獲得江蘇省大學生電子設計競賽省級一等獎8組,二等獎14組的成績。與此同時,電子設計競賽培訓體系也為大學生課外創新、其他電類學科競賽提供了較好的技術訓練基礎平臺。在今后的培訓課程中,我們將在選拔篩選方式上進一步做細做深,不斷優化我校電子設計競賽培訓課程體系。
參考文獻
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作者簡介:肖衛初(1974-),男,湖南漣源人,湖南城市學院通信與電子工程學院教研室主任,副教授;鄧曙光(1972-),男,湖南益陽人,湖南城市學院通信與電子工程學院院長,教授。(湖南益陽413002)
基金項目:本文系湖南省普通高等學校教學改革研究項目(項目編號:湘教通[2010]243號341、湘教通[2009]321號305、湘教通[2011]315號345)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)14-0098-02
全國大學生電子設計競賽自1994年開始至今已舉辦了十屆,目前該競賽已成為我國電子類專業學生規模最大、最具影響力和舉辦時間最長的賽事之一,得到了絕大多數設有電子類專業學校的積極響應,受益面頗廣。從湖南賽區參賽和獲獎的情況來看:新升本科院校參賽隊數較少,獲獎的隊數就更少,有的新升本科院校甚至多次參賽也從未獲獎。可見新升本科院校在目前的電子設計競賽中處于較困難的境地。其主要原因是新升本科院校在競賽觀念、政策與措施、指導教師、學生素質、實驗裝備、實驗手段和競賽經費等方面與老牌的本科院校相比差距很大,那么,怎樣克服這些不利的因素,結合自身的條件和能力采取相應的措施與對策,爭取獲得好的競賽成績是新升本科院校急需解決的問題。[1]
大學生創新性實驗項目在實施過程中也暴露出一些問題:實驗場地不夠,儀器設備有限,大部分學生在各自的宿舍里進行;教師指導不到位,學生自主解決問題的能力不強,導致項目完成質量差;對與項目相關的技術手段了解不夠深入。這些問題導致大學生創新性實驗項目不能落到實處。[2]
基于上述原因,針對新升本科院校電子類專業學生,筆者結合7年的電子設計競賽指導經驗和3年的湖南省大學生研究性學習、創新性實驗計劃項目指導經驗,探索了創新性實驗項目和電子設計競賽相結合的教學模式,有效解決了上述存在的問題,實施過程中取得了良好的效果,在2011年全國大學生電子設計競賽中獲得國家二等獎2項、湖南省一等獎2項、三等獎1項,2010年結題的湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目“智能型萬能遙控器的研究與開發”被評為“優秀項目”。
一、大學生創新性實驗項目和電子設計競賽及其相互關系
大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目(簡稱“大學生創新性實驗項目”)是高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分,是提高本科教學質量和大學生綜合素質培養的重要手段。計劃的實施旨在積極探索并建立以問題和課題為核心的教學模式,倡導以學生為主體的創新性實驗改革,調動學生的主動性、積極性和創造性,激發學生的創新思維和創新意識,逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高其創新能力和實踐能力。[3]全國大學生電子設計競賽是教育部高等教育司、工業和信息化部人事教育司共同舉辦,瑞薩電子(中國)有限公司協辦的面向全國高等學校大學生的群眾性科技活動,目的在于培養大學生的創新能力、團隊協作精神,提高學生針對實際問題進行電子綜合設計與調試的能力。[4]
隨著高等教育的發展,大學生創新性實驗項目和電子設計競賽的關系會越來越密切。兩者都是屬于課外科技活動,目的在于培養學生的創新能力和團隊協作精神;大學生創新性實驗項目重視過程管理,強調學生在項目實施過程中創新思維、創新實踐能力的鍛煉和培養,而不是注重學生的研究成果,這在一定程度上減輕了學生的心理負擔,提高了學生參與創新性實驗項目的積極性。而電子設計競賽卻非常重視競賽的成績,因為競賽成績直接影響到學校的招生、競賽經費的多少、教師職稱的晉升、學生是否有保研資格和就業等問題。所以,將兩者結合不僅可以取長補短,而且可以實現教學資源的共享。
二、大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的探索與實踐
1.大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的內涵
具體來說是要求參加電子設計競賽的全體學生3人一組申報大學生創新性實驗項目,申報的題目必須參考歷屆電子設計競賽的真題;同時動員和鼓勵創新性實驗項目立項成功的學生加入到電子設計競賽的隊伍,給他們提供專用的實驗室、配置高檔的儀器設備和安排“雙師型”的指導老師進行指導,使學生和指導老師既參與大學生創新性實驗項目,又參加電子設計競賽,實現了人員、場地和儀器設備等教學資源的共享,解決了競賽經費不足的問題。學生在進行創新性實驗項目過程中完成電子設計競賽,而電子設計競賽的成果反過來又豐富了大學生創新性實驗項目的內容。
2.大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的探索與實踐
湖南城市學院于2005年、2007年和2009年組隊參加湖南賽區的第七、八和九屆全國大學生電子設計競賽,分別獲成功參賽獎、省級三等獎和成功參賽獎,成績不理想。2009年10月,通信與電子工程學院院長組織幾個電子設計競賽指導老師開會,總結教訓,尋找競賽成績不好的原因,討論下一屆電子設計競賽的準備工作,在會上提出了一種大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合的教學模式,2009年10月至2011年9月實踐了該教學模式,并取得了可喜的成績,下面介紹該模式的實施細則。
(1)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的準備階段。
1)組織學生申報大學生創新性實驗項目和舉辦校內電子設計競賽。當電子設計競賽結束后,通信與電子工程學院通過專門的網站和講座的方式向電子類大學生宣傳創新性實驗項目、電子設計競賽的內容,形成創新性實驗項目和電子設計競賽所需要的氛圍,然后,成立電子課外科技活動中心,鼓勵電子類大學生參加,引導學生自己動手做一些電子小產品,培養學生的興趣。2010年4月,學校教務處組織學生申報大學生創新性實驗項目,通信與電子工程學院動員學生積極申報,要求具有副教授及以上職稱和具有碩士學位老師的必須每人帶一組學生申報大學生創新性實驗項目,共申報了25項,立項了省級1項,校級10項,參與的學生為55人,獲得項目經費3萬元。2010年6月,舉辦校內電子設計競賽,要求大學生創新性實驗項目立項成功的學生參加,鼓勵其他電子設計愛好者參加,有181名學生參加了競賽。校內競賽完全按照國家的競賽形式進行。然后,組織這55個創新性實驗項目立項成功的學生和在校內電子設計競賽中獲獎的學生共66人參加電子設計競賽第一輪培訓,這樣學生不僅可以做立項成功的大學生創新性實驗項目,又可以參加電子設計競賽培訓,有錢購買電子元器件。指導教師不僅可以在大學生創新性實驗項目中拿指導費,也可以在電子設計競賽培訓中拿指導費,積極性也提高了,緩解了競賽經費不足的問題,形成了良性循環。
2)開放實驗室,提供實訓場地,配置高檔電子測量設備和組建電子元器件庫。湖南城市學院提供了兩個面積為80平方米的實驗室做電路設計實驗室,每個實驗室配置了33張實驗桌和一套價值15萬元的電子測試設備;一個面積為120平方米的實驗室做PCB制板實驗室,配置了價值80萬元的小型工業制板設備一套;一個面積為40平方米的實驗室做電子元器件庫,采購了一批價值為12萬元的常用電子元器件。四個實驗室每天向學生開放,指導老師輪流值班。
(2)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的培訓階段。
1)第一輪培訓。時間為2010年7月1日至8月30日,共60天。其培訓內容是:Altium Designer設計軟件的使用、基于AVR單片機的C語言程序設計、常用電子測試儀器的使用、設計和制作數控電壓源。
2)第二輪培訓。第一輪電子設計競賽培訓的66人通過考核選拔42人參加第二輪培訓。時間為2010年9月1日至2011年6月30日,主要是利用星期六、星期日、節假日和星期一至星期五的晚上。其培訓內容是分電源類、控制類和儀器儀表類三個方向培訓學生。有大學生創新性實驗項目的學生盡量分到一組且選擇與自己項目相關的方向,然后分方向做歷屆競賽的題目和大學生創新性實驗項目。
3)第三輪培訓與參賽。根據第二輪培訓中學生制作產品的情況選拔30人參加第三輪培訓。時間為2011年7月1日至8月30日,共60天。其培訓內容是分電源類、控制類和儀器儀表類三個方向模擬競賽的情況,在4天3晚的時間內3人為1組完成指導教師布置的模擬競賽題目和設計報告,指導教師按照電子設計競賽測試的標準測試學生制作的產品和批改設計報告,給出客觀的分數。2011年8月31日8:00至9月3日20:00是第10屆全國電子設計競賽的時間,指導教師做好后勤服務,保證學生吃好和負責及時購買電子元器件。
(3)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的總結階段。電子設計競賽結束后,要及時組織參賽學生和指導教師召開總結會議,在會議上主要做以下幾件事情:要詳細介紹參賽作品測試的流程、注意事項和測試技巧,并在會上安排測試的準備工作;要求每位參賽學生談談自己的收獲、體會和建議,對一些合理的建議進行整理后,向院領導匯報,找出整改的措施;要求每位參賽學生以項目、單位模塊電路的方式整理自己在培訓和參賽期間的所有資料,并放在一個文件夾內,交給班長,再由班長收齊后交給指導教師,使下一屆學生可以參考并從中受益。
三、構建大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的保障體系
1.建設一支“雙師型”的指導教師隊伍
教師是培養學生動手能力的關鍵,因此,湖南城市學院從培訓現有教師、引進“雙師型”教師和外聘具有實踐經驗的業界行家作為學院的兼職教師三方面入手。2010年暑假派了6位指導教師2人一組分別到湖南科瑞特電子有限公司、北京華清遠見教育集團嵌入式學院學習AVR單片機、FPGA和ARM,努力使其成為“雙師型”教師;2010年12月從益陽職業技術學院引進電路設計實踐經驗豐富的李加升教授,外聘湖南科瑞特電子有限公司研發部主管肖宇工程師做指導教師,充實師資隊伍力量。只有這樣,才能建設一支“雙師型”的指導教師隊伍。這些教師不但有豐富的專業理論知識,還有過硬的實踐技能,授課理論聯系實際,由他們指導電子設計競賽和大學生創新性實驗項目的學生,才能培養出好的參賽學生,取得好的參賽成績,保證創新性實驗項目完成的質量。[5]
2.建立開放性實驗室和電子元器件庫
開放性實驗室是全天向學生提供實驗和實踐的場所,該場所內要配置高檔的電子測試儀器、制板設備和開發板,它有專人值班,學校的師生員工均有權使用它。從經驗來看,開放性實驗室可以極大地提高學生的學習積極性和主動性,發揮他們的創新能力,受到學生普遍的歡迎。通過它的實施,形成了學生愛動手、有動手的機會、人人參與的良好風氣,從而使大學生創新性實驗項目和電子設計競賽有了一個良好的群眾基礎。[5]
教師和學生在電路設計與制作時常常遇到這樣的情況,即費了九牛二虎之力絕大多數元件都買到了,只差一個元件未買到,導致無法工作進行下去。建立電子元器件庫是一個較好的解決辦法,就是將一些常用常見的元器件買一些,分類放好,由專人保管維護,這樣有兩個方面的好處:一是可以保證大部分元器件在學校就有,只要集中精力去購買元件庫中沒有的元件,縮短了元器件的購買時間;二是不會因元器件不到位而影響學生的設計方案選擇或者延誤學生的設計進度。
3.設置激勵機制
激勵機制的建立是相當重要的,對指導教師和學生而言,參加競賽獲獎的難度很大,完成創新性實驗項目的研究工作需要投入大量的時間和精力,需要得到承認和報酬。如果沒有較好的激勵措施,會影響其積極性。因此,學校應建立一套合理的激勵制度,鼓勵教師和學生參加創新性實驗項目和競賽。例如:合理核算教師指導大學生創新性實驗項目和電子設計競賽的工作量,并根據獲獎的情況,在教師的評優、評先和職稱晉升時給予優先考慮。對參加創新性實驗項目和電子設計競賽的學生,根據參加時間的長短給予一定的選修性質的學分;對表現突出的學生,學院在評定優秀學生、獎學金和推薦免試研究生時給予優先考慮;對和獲獎的學生,根據論文的檔次和獲獎的等級給予一定的物質獎勵。只有這樣才能夠調動教師和學生的積極性,促使更多的優質項目立項和取得更好的競賽成績。[6]
四、結束語
湖南城市學院的實踐證明,大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式是可行的,既能夠保證創新性實驗項目的完成質量,又能夠使電子設計競賽取得好的成績。2011年10月15日,湖南城市學院組織第十一屆電子設計競賽的報名選拔工作,報名人數為561人,是去年的3倍多,可選擇的范圍很大,形成了良性循環,極大地促進了學風的建設,也為培養創新能力較強的高素質應用型人才提供了舞臺。同時該模式推動了教學改革,教學改革的深入又必將使該模式推向更廣泛地參與和更高的層次,因此,我們會堅持走下去,而且要越走越好。
參考文獻:
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1 引言
隨著我國高等教育的不斷發展,由精英教育走向大眾化教育,并在辦學規模、辦學層次、辦學類型、學校的個性和特色上出現了多樣化的特征。應用型本科院校的出現及快速發展成為高等教育發展中的一大亮點,該類院校往往更注重培養學生的創新精神和實踐能力。而由國家各部委組織的多項全國大學生電類競賽則為電類應用型人才的培養提供了實踐平臺,并對檢驗各院校培養效果有較大的參考價值。若能以參加各類全國大學生電類競賽為契機,充分利用競賽這個實踐平臺,摸索出適合各院校自身的培養體系來,則可以培養出更多具備創新精神和實踐能力的應用型人才,讓他們真正變成推動我國國民經濟不斷發展的原動力,提高我國核心競爭力。
2 大力宣傳各類競賽,充分展現競賽的吸引力
2.1 利用競賽平臺,大量吸引參賽學生。
通過對我校以往電類競賽報名、招新的實際情況進行分析對比后,可以得出這樣的結論:越是低年級的學生越是對競賽感興趣;反過來,接觸競賽越早的學生在今后的專業學習上越是主動,越是有目的性。在招新的過程中還有大量的高職,非電專業的學生對競賽表示出極大的興趣和熱情。盡管低年級的學生專業知識還沒學,但興趣是最好的老師,有了興趣再加上老師的指點,學生就愿意把時間花在學習上,學習中也不會感到枯燥,隨著時間的積累、知識的積累,這類學生往往能爆發出很強的創新性和實踐能力。作為學校,應該充分抓住學生的這份興趣和熱情,利用好了這一點,可以改善整體學風,提高學生的學習積極性。同時,學生代表學校參賽可以讓學生在比賽時多一份責任和榮譽感,增強他們的責任心。
2.2 利用競賽平臺,吸引更多的教師參與競賽輔導。
有了愿意參賽的學生,就需要配備相應的指導教師,而教師也可以充分利用好這個平臺獲得成長。因為各種電類競賽中的題目都涉及到新技術,不光對學生,對教師也有一定的鍛煉價值,通過指導學生參賽,指導教師尤其是青年教師在專業技能上也會得到極大的提高。在指導的過程中,教師和學生有大量面對面的機會,而不像上課那樣是一對多,一個人講大部分人在被動的聽,在和學生面對面的交流過程中,教師在如何有效的傳授知識,如何組織語言等能力上也會有收獲,反過來又會增加課堂教學的效果。
3 開放性實驗環境的建立
傳統的實驗室往往和課堂教學相配套的,學生只有在規定時間內做規定的實驗內容,學習過程相當被動。應用型本科院校要培養具有實踐能力的學生,就一定要改變現有的實驗模式,搭建以學生為主體的實驗平臺。白天往往是學生理論課程學習的時間,而到了晚上傳統實驗室也已經關門,學生有時間了卻沒法在專業的實驗室去提高自己的實踐能力。沒有一定量的時間保證,又怎么能提高學生的實踐能力。只有建立起開放的實驗平臺,讓學生愿意將他們的時間和精力都集中在實驗室,這樣才能有效地提高學生的實踐能力,從而迸發出更具創新性的思想。經過多年的參賽經驗積累與摸索,我校已搭建起依托學生科技社團管理,面向學生的開放性實驗室。這類實驗室可以解決部分學生的需求,但這種模式還需和日常的教學結合起來,增加這類實驗室的輻射面和影響力。
4 構建循序漸進的培養模式
由于低年級學生并未開始系統的專業知識學習,但他們有著尤為寶貴的熱情和興趣,因此對他們的引導尤為重要,特別是信心的建立。最初,他們可能連電子元器件都分不清,焊接水平也不行,針對這一特點,指導教師一定要耐心地加以指導,幫助他們順利起步,可以通過做幾個常用的驗證性實驗,集成電路實驗,讓學生在基礎實驗中認識器件,調整元件參數,會查閱元器件手冊。然后,由指導教師和有一定實踐能力,在競賽中獲過獎的學生共同開發一些適合初學者的設計性實驗,提出設計要求,給出主要參考器件。由學生自己完成電路的設計、配接電子線路、測試電路數據,記錄實驗數據、撰寫設計報告。這些設計性實驗可以促使學生實現理論與實踐的結合,提升學生的專業技能,培養學生的創新素質。通過這些基礎實驗和設計類題目,讓學生體會到自己動手制作線路的快樂。只有這樣,才能把他們起初的熱情和興趣轉化為持久的學習動力。
當學生具備一定的技能之后,可以通過參與教師的課題、申請大學生科技項目和參加電類的競賽繼續提高自己的實踐能力和創新能力。這些科技活動都需要學生的主動性和創造性,自主設計課題內容,整個課題的目標、內容、實際過程全部由學生自主完成。近幾年,共有20個學生申請了大學生科創項目,并獲得批準,參加競賽的學生數也達上百人次。其中,學生在智能車競賽、全國電子專業人才設計與技能大賽、全國大學生電子設計競賽中累計獲得分區賽一等獎10項,全國二等獎5項,特等獎一項。
3 結語
通過對電類競賽的大力宣傳、開放實驗室的搭建、針對性的引導和指導。可以將學生引導上科研之路,把以往的被動學習變成主動學習,超前學習,并培養了學生的創新素質。而隨著越來越多的學生在課外科技活動上取得優異的成績,反過來又促進新生的學習興趣,從而形成良性循環。而要達成此目的,則必須不斷完善應用型人才培養體系,不斷深化課外科技活動改革。
參考文獻
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中圖分類號:G640 文獻標識碼: A 文章編號:1674-098X(2014)03(b)-0246-02
全國大學生電子設計競賽,已經組織了十一屆。從第一屆全國只有3個省市40多個隊參加,到第十一屆全國共有30個賽區、1037所院校、11838支隊伍、35514名學生報名參加此項賽事,在規模上達歷屆之最。這表明全國大學生電子設計競賽,越來越被全國高校所重視。我校在該項賽事成績一直不錯,連續三屆獲獎數量和質量名列前茅。下面談一談我校的一些做法和體會。
1 對電子設計競賽的認識及我校取得的成績
全國電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一,是面向大學生的群眾性科技活動,目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革,有助于高等學校實施素質教育,培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風;有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力;有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動,為優秀人才的脫穎而出創造條件。
該競賽的特點在于努力與課程體系和課程內容改革密切結合,與培養應用型本科人才緊密結合。全國電子設計競賽要求選手們有扎實的基礎知識,較強的實踐動手能力,同時還要積極創新。競賽題目要求既涉及理論設計、實際操作,又著重考核學生綜合運用基礎知識進行理論計算和實際涉及制作的能力。因此電子設計競賽對促進教育思想的轉變和電子類專業課程體系以及教學改革,特別是對完善與強化實踐性教學環節,培養工程能力起到了獨特的推動作用。
我校近幾年在該項賽事成績非常突出,連續第五年榮獲“優秀組織學校”的榮譽。在2013年的大學生電子設計競賽中我校學生在競賽中表現出色,獲得全國一等獎2項、二等獎3項,北京賽區一等獎5項、二等獎15項、三等獎10項,在參賽的31所北京高校中,我校獲獎總數名列第二。取得如此好的成績,和我們學校重視實踐環節,以培養應用型本科人才為目標是分不開的。
2 培養應用型本科人才所采取的措施
我校作為一所非“211”高校之所以能取得如此優異的的成績,和以下幾個方面是分不開的。
2.1 提出“分層教學、分流培養、分類成才”的人才培養模式
學校根據學生學習能力和個性特點上的差異,設置了不同的人才培養目標定位。以工科學生為例,我們設定了三種不同的目標定位:一是研究型人才培養定位,其目標是使約 20% 的學生考取碩士研究生或出國留學,繼續深造;二是高級應用型人才培養定位,其目標是使約 40% 的學生成為高級工程技術人員;三是專長應用型人才培養定位,其目標是使約 40% 的學生成為掌握一技之長的工業現場應用工程師。為了實現不同的培養目標,我們建立了與之配套的四種培養體系。
通過“分層教學、分流培養、分類成才”的人才培養模式的實施,按照學生的學習能力有針對性的進行教學,因材施教,既給予能力高的學生更自由的學習空間,又幫助基礎差的同學打牢基礎。充分調動了學生的學習積極性。
2.2 制定政策,促進競賽
近年來,我校先后制定了《本科生素質拓展學分實施辦法》《本科生學科競賽管理辦法》等政策性文件,對在競賽活動中取得優秀成績的學生和指導教師進行表彰和獎勵。學生參加競賽獲獎可以獲得素質拓展學分,該學分是本科生獲得畢業資格的必要條件。同時所得學分可以替代公共選修課程、專業選修課程或集中實踐環節部分的學分。教師指導學生獲獎后也可以得到表彰和獎勵,并且將其作為教師聘任、職稱晉升等方面的考核指標。
這些政策的實施,充分調動了學生參加各類競賽活動的積極性,激發了教師指導學生的熱情,推動了我校大學生各類競賽活動的蓬勃發展。因此我們學校在大學生電子設計競賽中取得優異的成績是水到渠成的。
2.3 積極開放實驗室,提高學生實踐動手能力
為了提高學生的實踐動手能力,學生有更多的時間待在實驗室,教務處制定實施了《教學實驗室開放管理辦法》,該辦法的實施為培養學生的實踐能力,提高實驗室的設備、場地等資源的利用率,規范有序地做好教學實驗室開放提供了強有力的支持。
學生通過參加實驗室開放項目可以獲得素質拓展學分,通過學分的激勵,促使更多的學生走進實驗室。激發學生的學習興趣,提高學生的動手能力,為學生創新精神和實踐能力的培養提供寬廣的平臺。開放實驗室使電子設計競賽與學生科研訓練融為一體,使學生的實踐與創新能力得到鍛煉的同時,也為參加電子設計競賽提前做好準備。
2.4 積極組織素質拓展活動,造就實踐創新沃土
學校制定了《本科生素質拓展學分實施辦法》(主要途徑:學科競賽、學術論文、專利或軟件著作權、各類認證資格考試、實驗室開放項目、科研訓練等),并在教學計劃中列出每位學生在校期間都要完成4個學分。素質拓展學分是必修學分,學生未能完成,不能畢業。
在“辦法”中將大學生參加各級各類競賽列為學生獲得素質拓展學分的重要途徑。每年學校都要組織學生競賽,如2013年我們就組織學生參加了80項競賽,取得了優異的成績。其中獲獎人數。由于學校積極組織課外創新實踐活動,營造了大學生創新實踐氛圍,每屆全國大學生電子設計大賽學生都能夠積極參加。
2.5 修訂本科生培養方案,突出實踐教學環節
具有工程實踐能力、創新設計能力的應用型本科人才的培養模式核心是要培養學生的工程實踐能力、創新設計能力和工程素養。要達到這個目標,就必須大力加強實踐教學環節,建立與課程體系相配套的實踐教學體系。為了增強學生的實踐能力,學校不斷修改教學大綱,修訂本科生培養方案,改進實踐教學體系,將課堂教學與實踐課程合理搭配,將綜合實踐課程、實踐能力培養和素質拓展相結合,按層次、分階段實施實踐教學改革。目前,在工科專業中,實踐教學的比例已占到1/3。我們還建立了以學生為主體,以教師為主導的實踐教學理念,確立了以培養能力,提高素質的實踐教學觀念。
3 結語
大學生電子設計競賽為學生施展才能提供了舞臺,同時也推動了“分層教學、分流培養、分類成才”的人才培養模式下實踐課程教學改革。組織學生參加全國大學生電子設計競賽取得優異的成績,檢驗了我校在培養應用型本科人才所采取的措施是卓有成效的。但改革創新是永無止境,新技術、新知識不斷涌現,如何適應新的變化,培養出應用型本科人才是擺在我們面前的長期任務。為此,我們將不斷地探索、努力提高管理水平和教學質量。
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1.1學生掌握的知識面窄學生選定一個項目后,根據給定要求提出的設計方案很少,只能將典型電路進行生搬硬套。對理論的基本知識和技能掌握的不夠全面,對器件的了解和閱讀的文獻資料較少。
1.2學生對儀器儀表設備使用不熟練學生在進行調試電路時,對部分儀器的使用不夠熟練,從而導致在測試電路時出現錯誤,觀察不到正確的實驗現象和實驗結果。這樣,既延誤了時間,又對實驗項目的方案得不到有效論證。
1.3學生應用計算機知識的能力有限電子設計競賽中很多題目都要求使用單片機才能完成相應的設計要求,但是部分學生對使用單片機編程技巧掌握的太差,對一些功能要求不能夠通過計算機編程而達到相應要求,從而導致成績不理想。還有部分同學不會使用計算機軟件進行電路的設計和仿真測試,導致方案論證和書寫設計報告論文時出現問題。
1.4對新型器件和技術的了解及應用能力較差電子設計競賽中的一些題目如果能夠采用一些新型器件和技術,將會使得設計電路簡單,性能等各項指標均高于傳統的電路。我們的學生在這方面獲得的知識和技術有限,與大學生電子設計競賽的要求還有一定的差距。
2電子設計競賽對我院實踐教學改革的促進作用
2.1減少驗證性實驗,增加設計性創新性實驗在課內實踐教學中要增加綜合性和設計性實驗項目。如:在《數字電子技術》實驗教學中根據“循序漸進”的原則先開設基礎實驗,再開設綜合實驗,最后開設設計性創新性實驗。要求學生運用數字電路的知識實現八位流水燈循環顯示電路,內容包括了譯碼器、計數器、移位寄存器和555集成定時器等知識的綜合運用。學生通過任務要求首先會選擇合適的器件,其次根據電路的設計要求提出設計方案,設計出電路圖,最后連接電路調試完成設計任務,寫出實驗報告。這樣的實驗訓練了學生用所學知識解決實際問題的能力,為學生以后設計電路打下良好的基礎。
2.2實驗手段的更新開展EDA應用技術,以計算機輔助分析和設計為核心的虛擬實驗環境和現實實驗環境相結合的實驗教學平臺。通過虛擬實驗環境對一個完整項目的設計和實現,使學生迅速掌握電子設計的理論、方法和技能。在現有的實踐教學中舍棄了過時陳舊的內容,如模擬電路中過多的分立元件電路實驗,數字電路中過多的小規模集成電路實驗;引入新的內容,如集成運放的各種應用,電子線路系統設計等。增加了電子線路軟件仿真的內容,使硬件軟件相結合,豐富了實驗手段。并將虛擬仿真實驗教學融入到實踐教學中去。
2.3促進實踐教學方法的改革我們在原來的集中課內實驗教學方法上增加了開放式實驗教學。開放主要是在時間和內容上開放。學生可自主選擇時間進入開放實驗室,在開放時間內由開放實驗室管理員參與管理,指導老師每周對開放實驗室管理人員和參與開放人員進行相應的培訓和指導。讓學生管理員參與日常的管理和維護,這樣鍛煉了學生自主學習、自我管理、發揮潛能的能力。在開放內容上,學生根據自己的情況選擇各開放實驗室提供的開放實驗項目,也可根據自己的專業和愛好選擇規定以外的其他實驗項目。我負責開放的實驗室有電工電子實驗室和電子測量與智能儀器實驗室,學生通過具體的實踐操作,學會了儀器儀表的使用和測量方法、常用工具的使用和基本的焊接技術,掌握了典型電路的連接和故障處理方法,從而提高了電路的分析和設計能力。同時,實驗室的開放加強了學生動手能力的培養和工程實踐的訓練,提高學生針對實際問題進行電子設計、制作的綜合能力,也為電子設計競賽的選拔輸送了大量的人才。
2.4促進教師的教學水平電子設計競賽,是對學生掌握電子理論知識和實踐操作水平的檢驗,同時也是對高校教師師資水平、實驗室硬件條件及高校實踐教學質量水平的檢驗。例如我院的電工電子、單片機、EDA等課程實驗基本是單獨負責授課,這樣,教師對所負責的這一門實驗內容非常熟悉,但是時間長了對其它方面的內容缺乏聯系。但是教師通過組織和指導學生參加電子競賽的培訓的過程中,可以將多方面的知識融合在一起,提高綜合能力。我們做為教師只有在不斷學習新知識、新技術和開展教研室活動中,不斷拓寬知識領域和提高自身的業務能力,才能更好地指導電子設計競賽工作。
全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一,是面向大學生的群眾性科技活動,以“政府主辦、專家主導、學生主體、社會參與”的組織運行模式蓬勃發展。在全國四大學科競賽活動中,因其舉辦時間長、規模大、參賽人數多、極高的權威性和影響力,已成為高校考核大學生創新實踐能力的一個重要標尺,得到了高等教育界和社會的廣泛認可。競賽內容既有理論設計,又有實際制作,全面檢驗和加強參賽學生的理論基礎和實踐創新能力。全國大學生電子設計競賽自1994年舉辦第一屆以來,已經成功舉辦了九屆,每兩年舉辦一次。2009年本專業代表長治醫學院第一次參加了電子設計競賽,我系學生獲得省級一等獎一項、二等獎五項、三等獎六項。不僅給本院、本系帶來榮譽,更重要的是給我們提供了一個培養創新、協作和鉆研精神的平臺,是大學生展現自己、積累經驗的舞臺。這次競賽給教學工作帶來了很大的幫助,以課堂教學改革為切入點和突破口,切實提高了人才培養質量,推進了整體教學改革。首次參加競賽,從準備到比賽結束暴露出很多問題。由于學院是第一次參賽,又是醫學院校,學院中大多數的實驗室設備都是醫學設備。導致工科實驗室建設條件準備不足,缺乏電子創新實驗室設備。在了解和學習往屆電子設計競賽題目和參賽作品后,發現本系實驗室元器件、實驗儀器等硬件只能滿足個別題目的設計,還不能滿足競賽中所有題目需要的實驗設備條件。此問題得到學院領導的重視,規劃建立一個開放性電子創新設計實驗室,并且在競賽前分批采購了競賽急需的一些實驗儀器。創新性實驗室的建成可以給學生和教師提供設計電子電路所需的硬件資源,也可以作為全國大學生電子競賽的場地。在參賽學生的選拔培訓、資料準備、活動場地及經費等方面都需要多部門協調解決,經過溝通與協調,問題得到了解決。
2競賽對教學改革的促進作用
電子設計競賽無疑為本系教學改革注入一劑“強心針”,使得教學工作不斷完善提高的同時,也能夠擴大學校、院系的影響力。但是通過電子設計競賽培養學生的創新能力,提高人才培養的質量,更是我們教育工作者的初衷。在培訓和競賽過程中,我們學習和研究了歷屆電子設計競賽的題目,選題都具有一定的實際意義和應用背景,大量新技術、新器件的使用讓我們認識到電子技術的飛速發展,同時也反映了目前電子技術的先進水平。要培養具有創新能力的科技人才,提高學生專業知識和綜合能力的水平,必須跟上先進電子技術發展的速度,不斷進行電子基礎課程內容的調整和實驗教學內容的更新。
2.1有利于深化電子類課程內容
隨著電子技術的快速發展,新器件、新技術的不斷涌現,需要不斷更新教學、實驗內容。如軟硬結合的嵌入式系統應用、可編程邏輯芯片等。在2009年競賽的題目中,NEC電子將節能理念引入競賽,這使我們清楚地認識到當今電子技術的飛速發展,進一步顯示出教學改革發展速度的滯后。因此必須深化電子類課程內容,讓學生掌握的電子技術跟得上社會發展的腳步。為提高學生綜合素質和創新能力,對電子類課程內容進行了調整,如在單片機教學內容中,51系列單片機內部資源、擴展作為講授的重點,但是隨著電子技術的發展,許多新型單片機的強大功能與低廉價格,越來越受到使用者的青睞,應用領域非常廣。因此,這就需要更改部分教學內容,讓學生避免在擴展上糾纏。在賽前培訓中舍去學習這部分內容,改用凌陽單片機,由于其內部資源豐富,模塊化的結構易于系列的擴展,其指令結構提供了對高級語言的支持,這可以大大縮短產品的開發時間,讓學生在競賽中提高設計效率。
2.2促進了實踐教學環節的改革與發展
實踐教學是培養創新人才必不可少的重要環節,針對傳統的教學模式中,多數學生偏重理論知識、動手能力差的情況,本專業依托電子設計競賽,在實驗課中積極推進實踐性教學。如將驗證性實驗貫穿在設計性實驗中、單科性實驗包含在綜合性實驗中,指導學生將理論和實踐結合起來靈活應用,培養學生綜合素質和創新能力,改變以往的教師教什么,學生學什么的傳統模式,從而提高了教學質量,激發了學生的創新欲望。結合本系實踐教學改革的思路,將賽前培訓模式引入實踐教學。通過借鑒電子設計競賽的特點與組織運行模式,我們舉辦了校電子設計競賽。針對生物醫學工程專業,我們請國內知名的醫療器械公司工程部的設計人員出題和評審,本系教師對報名參賽的學生進行培訓,參賽的學生按照電子設計競賽的模式需要寫出設計論文和實物演示。不僅鍛煉了學生的動手能力,同時為全國電子設計競賽選拔和考核了參賽隊員,也增強了學生在生物醫學工程領域內的實際應用和設計能力,為更多的優秀學生脫穎而出創造了條件。
2.3提高了指導教師的教學水平和工程實踐能力
本系教師隊伍參加賽前培訓任務,青年教師占有相當大的比重,他們對新技術、新軟件接受快,但缺乏工程實踐經驗。提高實踐能力是高校青年教師克服自身弱點、提高教學水平、實現自我發展的必然途徑。實踐經驗的缺乏,不僅導致科研能力不足,盲目仿效,缺乏獨立工作能力,難以實現學術獨立;而且在教學上內容貧乏,照本宣科,課堂氣氛缺乏活力,難以培養優秀人才。以電子設計競賽為契機,充分調動教師的積極性努力提高青年教師的實踐能力。競賽命題范圍廣,內容新穎,涉及多門課程的綜合應用,難度適中,指導教師在培訓過程中互相學習,共同提高,取長補短,知識和經驗相互滲透和補充使得青年教師業務素質快速提高,能夠在日常的教學和科研中發揮重要的促進作用。
3培養學生創新能力
培養創新人才是社會發展的需求,更是當前高等教育的首要任務。根據本專業的培養目標和方向,以素質教育為基礎,能力培養為主線,充分發揮電子設計競賽對學生創新能力培養的促進作用,為社會培養優秀的創新型應用人才。
3.1培養學生團隊合作精神
在當今日益激烈的社會競爭中,團隊合作成為社會經濟發展的一種必然,在校大學生更應該加強“團隊合作”的教育。通過發揮團隊精神不僅可以營造一種工作氛圍,使每個參賽隊員有一種歸屬感,有助于提高團隊成員的積極性和效率,而且有利于產生新穎的創意,激發團隊成員的潛力,完成個人無法獨立完成的事情。電子設計競賽是電子類課程知識和實際應用能力的綜合運用,其知識的廣度和深度、實際動手能力都具有一定的水平和難度。每個參賽小組都由3名學生組成,要在4天時間內完成從題目選擇、技術資料收集、設計創新性論證、電子元器件選購、軟硬件設計、實物制作、調試測試、撰寫設計報告的全過程。對參加競賽的學生來說無疑具有極大的挑戰性,只有密切配合,發揮團隊合作精神才能夠取得成功。而長期以來學校強調的卻是個人學習,強調的是個人能力的培養,缺乏團隊意識的訓練。因此,在平時的培訓過程中需要鍛煉參賽隊員的團隊合作精神。為了加強學生這方面能力的訓練,實施“小組合作學習”的教學方式,不僅可以把團隊的整體目標分割成許多小目標,然后再分配給團隊的成員一起完成,這樣就可以縮短完成大目標的時間而提高效率;而且團隊組成的多元化有助于產生不同的觀點,從而有助于在決策時集思廣益產生最優的方案。
3.2培養拔尖人才
1.全國大學生電子設計競賽的意義
1.1有利于培養學生的創新能力,激發學生對實踐課的興趣
傳統的實踐教學是理論教學的輔助,實驗內容多數是驗證理論知識,學生根據實驗指導書上的方法和步驟就可完成實驗,整個實驗過程學生完全是被動的[1]。這樣的驗證實驗不能實現對學生實踐能力和創新能力的培養,難以激發學生的對實踐教學的興趣。全國大學生電子設計競賽要求參賽學生在四天內完成從選題、搜集資料、設計方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設計、組裝、調試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設計報告的全過程,并且要求三人組隊參賽,是對學生綜合素質的全面考核,具有極大的挑戰性[2]。比賽中既要動手操收稿日期:2011-4-16基金項目:湖南省教育廳教學改革資助項目“應用型本科電子技術專業實踐教學體系改革的研究與實踐”(項目編號:湘教通[2009]321號)。作者簡介:張新安(1957-),男,湖南永州人,本科,副教授,研究方向為數字信號處理及實踐教學改革。作,又要理論分析。經過培訓和參加競賽的學生,其實踐能力與創新能力都得到很大的提高,同時激發了學生對實踐教學的興趣。
1.2有利于增強學生的競爭意識和就業能力
在電子設計競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實,動手能力強,經過嚴格訓練,具有創新意識和協作精神的優秀學生。無論獲獎與否,參加過培訓和電子設計競賽的學生,在系統設計、方案論證、合作精神與創新能力等方面都有很大的提高,在畢業設計中受到老師的青睞,在實際工作中,表現出較好的獨立性,創新精神、協作能力與競爭意識,得到社會及用人單位一致的肯定和好評,增強了就業能力[3]。
1.3有利于推動電子技術類課程的教學改革
電子競賽題目是一批高水平的教授、專家根據電子技術發展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數字電路、高頻電路、單片機應用、可編程器件、傳感器技術、自動控制技術和EDA等課程的內容[4],競賽中既要考察學生的實際動手能力,又要考察學生的理論知識和創新能力;既有涉及知識面廣、功能多的系統設計,又有單一功能的電路設計;既有以指標性設計為目的的題目,又有以功能性設計為目的的題目;既有基本要求,又有發揮部分,同時在電子設計競賽中又鼓勵學生使用新技術、新器件和新電路,以滿足先進的技術指標。所以,對電子技術類課程的教學改革具有指導和推動作用。
2.對參賽學生的能力要求
參加電子設計競賽的學生應具備的實踐能力包括[5]:電子元器件的識別及使用方法、印制電路板設計與制作等電子設計制作基礎;集成直流穩壓電源、運算放大器電路、信號產生電路和處理電路、顯示電路和A/D轉換器等單元電路設計;通用鍵盤及顯示電路、單片機與液晶顯示接口電路、單片機與D/A和A/D轉換電路等單片機最小系統設計;FPGA最小系統和配置電路的設計及FPGA的最小系統板下載等可編程邏輯器件系統設計,以及資料查閱、綜合系統設計、創新設計和撰寫設計報告等。
3.電子設計競賽中反映的問題我校歷屆培訓及競賽現場,主要表現出以下一些問題[6]。
(1)查閱參考資料的能力差。在拿到競賽題目后,學生都是先翻教科書,不去查找具有最新技術的期刊文獻,特別是上網搜集資料的能力差。
(2)對知識的綜合應用能力不強。對一個制作項目能夠提出的設計方案很少,不能對方案進行充分的論證和比較,生搬硬套參考電路,不能設計出簡單先進的電路,綜合應用所學知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實踐教學缺少綜合性、設計性實驗的訓練。
(3)新技術、新器件的應用能力差。有的制作項目如能采用新技術、新器件,如FPGA、CPLD等實現系統設計,不僅性能指標優于傳統電路,而且電路簡單。反映我們的實踐教學內容陳舊,不能緊跟電子科學技術的發展。
(4)不適應工程設計技術指標要求。競賽中學生對競賽題目的各類技術指標的實現和改善上感到無從下手。
(5)實驗動手能力不強。競賽過程中,一部分同學在安裝、焊接、電路調試、故障查找和排除等過程中操作不熟練,不能適當地設計實驗數據表格,不能通過對實驗數據的歸納、總結去分析、解決問題。反映我們的實驗教學驗證性實驗多,綜合性、設計性的實驗少,學生的動手能力和綜合運用能力沒有得到應有的訓練。
(6)單片機知識的應用能力有限。很多競賽題要用到單片機的知識去完成設計,部分參賽同學因單片機知識與應用能力不夠,未能取得較好的競賽成績。
(7)設計報告撰寫的質量不高。設計報告的格式與內容存在很多缺陷,方案論證不夠充分,理論分析不夠嚴謹。反映我們的實驗課教學忽視了實驗報告這個重要環節。
4.電子技術類課程的實踐教學改革
根據全國大學生電子設計競賽的內容及要求,針對學生在培訓和競賽過程中暴露的問題,我們對電子技術類課程的實踐教學進行了如下改革。
4.1改革實踐教學體系
依據學科專業特點,結合我校實際,將實踐教學從理論教學中分離出來,單獨設課、單獨考核,構建起一個與理論教學體系相互匹配,相互聯系、相互補充,相對獨立、科學優化的實踐教學體系。將實驗教學環節劃分為三個層次[7]。
(1)基本技能訓練層:以電子工藝實習、實訓為教學內容,掌握萬用表的使用,電子元器件識別、檢測,印制板制作、焊接,直流穩壓電源組裝,收音機安裝調試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎課的實驗為教學內容,掌握信號發生器和示波器等常用儀器的使用方法,培養正確記錄、處理數據及分析實驗結果的能力。
(2)課程設計實驗層:以電子技術、單片機技術、EDA技術等課程的實驗為教學的主要內容。通過對簡單電路的設計,熟悉常用電子元器件,學會查閱元器件手冊及通過互聯網尋找所需資料的方法,讓學生通過安裝調試,學會通過調整元件參數,滿足實驗指標要求。
(3)綜合設計實踐層:以傳感器技術及應用、單片機技術、EDA技術、電子系統綜合設計等課程實驗、電子設計競賽等課外活動為實踐教學環節,掌握用最先進的設計平臺和最新的工具進行高效的綜合設計,用組裝的系統電路板,用電子設計自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具,進行“虛、實、軟、硬”相結合的現代電子技術設計實踐。要求學生能獨立完成從設計到制作的全過程,提高學生運用所學知識進行電路級的綜合設計能力以及系統級的開發應用和創新能力。
4.2更新實驗教學內容
實踐教學改革的關鍵是教學內容的改革,要根據認知規律、學科特點、實踐教學自身的規律和學生實踐能力、創新能力的培養要求,更新實驗內容。
(1)減少驗證性實驗,增加應用性、設計性、綜合性、創新性實驗。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統和虛擬儀器等先進的實踐教學內容[8]。增加單片機課程設計的實驗課時,加強其實驗和設計應用,增加EDA技術和Protel課程設計的實驗課時,加強Protel電路設計軟件和EDA電路設計仿真軟件的實踐應用;增加電子實習課時,增加和競賽有關電路的制作內容。實踐教學內容要體現最新的科技成果,反映運用現代科學技術成果的新的實驗技術和新的實驗方法,實現實踐教學內容的與時俱進。
(2)增加能培養學生實際操作能力的工藝性操作實踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面,除個別驗證性實驗仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,數字化,模塊化的器件,如集成穩壓電源、集成運放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成電路,以及ASIC可編程控制器。對于綜合型、設計型實驗,指導學生選擇最新器件來完成設計。
(3)對整個課程體系的實驗內容進行整體優化組合,將同類課程體系或同類學科的實驗項目合并,創建新的綜合實驗課程,實現學科之間實驗內容的互相交叉滲透。修改綜合設計內容,把本專業的理論知識同單片機技術和PLC技術更多地結合應用,并把電子設計競賽知識結合其中。
(4)設立學生科研基金,資助運用新技術、新器件、新思想的電子設計與制作的學生課題[10]。把科研引進教學過程,鼓勵學生參與教師的科研工作和生產中急需解決或探索的實際問題的研究,培養學生的方案論證、裝配、調整、檢測,數據處理、數據分析、總結歸納,撰寫科研論文等能力。
4.3改革實踐教學方法
(1)實施開放式實踐教學在實踐內容、實踐時間、實踐方法、組織形式等方面實行開放式教學,打破時間、空間的限制,提供給學生進行創造的環境,讓學生真正成為學習的主體[11]。在實驗內容上,設定必做實驗、選做實驗和自主實驗的比例,前者保證教學基本要求和基本技能訓練,后者則由學生根據自身的條件與興趣,在眾多的實驗課題中選擇,以達到因材施教的目的。課程設計、綜合性、設計性實驗,教師只提出設計的總體要求和要達到的效果,不制定統一的參數指標,設計步驟,給學生一個較大的創造空間。提倡方案的多樣性,給學生充分的創新機會。由學生完成從方案制定、電路設計、元件篩選、焊接組裝、程序設計、系統調試到設計報告撰寫、答辯等全部過程,教師變指導為引導,充分發揮學生的主動性。
(2)增大實驗室開放的力度在安排好課內實驗教學的基礎上,充分利用實驗室資源,制訂實驗室的開放項目、開放計劃。在實驗室開放時間里,為學生提供實驗場地的同時,還為學生提供萬用表、信號源、示波器、電類實驗箱、單片機實驗箱等設備,還安排教師進行現場指導。建立現代化的實驗中心網上實驗預約與管理系統,在開放的平臺上,選做實驗和自主實驗學生可以個人預約,預約的內容包括實驗時間、場地、內容、指導教師等,這種“集中”和“自由”相結合的開放管理方式,提高了實驗室和儀器設備的利用率。
(3)開設電子技術實踐選修課根據現代電子技術的發展和全國大學生電子設計競賽的情況,我們為電類專業的學生開設了如“電子制作”、“電子創新設計”等選修實踐課,內容包括簡單電路、系統電路和有創新特色的電子電路等的設計與制作等,為愛好電子設計的學生提供更多的學習機會。
(4)舉辦校內電子設計競賽,激發學生學習興趣我校每年舉行的全校大學生電子設計競賽,按照全國大學生電子設計競賽的方式進行,在為電子設計愛好者提供施展才能機會的同時,也為參加全國大學生電子設計競賽選拔了隊員。在校領導和有關部門的支持及全國大學生電子設計競賽的影響下,參賽人數逐年增多,大學生電子設計競賽已成為我校學生最喜愛的科技活動。